一种以到信标点估算距离为搜寻准则的DV-Hop定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种以到信标点估算距离为搜寻 准则的DV-H〇p定位方法。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络（WirelessSensorNetworks,WSN)是一种分布式传感网络，它由 部署在观测环境附近的大量微型廉价低功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式形成一 个多跳的无线网络系统。其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域中被感 知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。无线传感器网络的重要研究领域 是定位技术。
[0003] 无线传感网络主要的定位方案分为测距方案和非测距方案。测距的方案需 要测量节点间的距离、角度或信号强度信息，例如基于信号传输时间的方法（timeof arrival,T0A)、基于信号传输时间差的方法（timedifferenceofarrival,TD0A)、基于信 号角度的方法（angleofarrival,A0A)和基于信号接收强度的方法（receivedsignal strengthindicator,RSSI)。非测距方案则无需测量节点间的距离、角度和信号强度信息， 例如质心算法（CentroidAlgorithm)、APIT(ApproximatePoint-InTtriangulation)算 法和DV-Hop(DistanceVector-Hop)算法。与非测距方案相比，测距方案的优势是未知节 点的定位精度高，但测距方案也有两个主要的劣势。一是它对节点的硬件配置要求较高，成 本开销比较大。二是在某些场合，比如一个规模较大且信标点稀疏的网络中，未知节点无法 与足够多的信标点进行直接测距，测距方法无法完成定位，在这种信标点稀疏的情况下，非 测距方案中的DV-Hop算法是一种较好的解决方案。
[0004] DV-Hop算法是一种基于距离矢量路由的非测距定位算法。该算法中，未知节点利 用距离矢量路由测得与信标点间的最小跳数，求得该信标点的平均每跳距离，未知节点通 过计算所得信标点的平均每跳距离和到达该信标点的最小跳数的乘积，利用三边测量法或 最小二乘法来计算未知节点的位置坐标。
[0005] DV-Hop算法的流程可以分为以下三个阶段：
[0006] 第一阶段：获取信标点的位置信息以及距离信标点的最小跳数
[0007] 每个信标点向全网发送包括位置信息和跳数信息的广播数据包，跳数字段的初始 值为〇。在一个信标点的通信半径内，当节点接收到该信标点的广播数据包时，此节点将数 据包中的跳数加1，然后记录该数据包中的信息，将该数据包继续广播出去。如节点收到多 个来自同一信标点的信息，该节点只保留跳数最小的信息组，通过这种方法记录自己到每 个信标点的最小跳数以及信标点的位置信息。
[0008] 第二阶段：估算未知节点到信标点的距离
[0009] 根据两个信标点间的欧氏距离和最小跳数，计算信标点的平均每跳距离。每个信 标点将计算得到的平均每跳距离广播到全网。每个未知节点收到各信标点的平均每跳距离 后，通过平均每跳距离和第一阶段得到的到各信标点的最小跳数的乘积来计算与各信标点 的近似距离。
[0010] 第三阶段：未知节点计算位置坐标
[0011] 未知节点得到与三个以上不同信标点的距离后，通过最小二乘法来计算自己的位 置坐标。假设信标点的个数为n，未知节点首先列出其与n个信标点之间的距离方程，然后 以距离方程的第n个等式作为参考，其余（n-1)个方程减去第n个方程得到的方程组用矩 阵形式可表示为AnXn=Bn。根据最小二乘法，利用公式Xn= (AnTAn) \%"可以计算得到未 知节点的位置信息。
[0012] DV-Hop算法的缺点是定位精度较低。针对DV-Hop算法定位精度低的问题，一些 相关的改进方法已经被提出，这些方法的思路大多是改进DV-Hop定位算法的第二阶段，即 改进未知节点到信标点的平均每跳距离。这些方法在一定程度上提高了未知节点的定位精 度，然而我们发现在DV-Hop算法的第三阶段中，未知节点到信标点的距离是估算距离，因 此公式AnXn=B"并不是一个严格的等式，而是一个约等式，即AnXn~Bn。所以利用最小二 乘法来计算未知节点的位置坐标时就会存在较大的误差。
[0013] 因此，需要一种新的方法来解决DV-Hop的未知节点定位问题。
【发明内容】
[0014] 本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】的缺陷，提供一种以到信标点估算距 离为搜寻准则的DV-Hop定位方法，以改善未知节点到信标点的估算距离对传统DV-Hop定 位方法第三阶段造成的计算误差，提高未知节点的定位精度。
[0015] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0016] 本发明一种以到信标点估算距离为搜寻准则的DV-Hop定位方法包括：S1、获取信 标点的位置信息以及距离信标点的最小跳数；S2、估算未知节点到信标点的距离；S3、未知 节点采用网格搜索方法计算位置坐标，其中：S31、划定无线传感网的区间范围；S32、将无 线传感器网的区间范围划分为一系列的网格；S33、依次计算各信标点到各网格的距离值； S34、将未知节点与各网格到信标点的距离值作差求和得到误差目标值；S35、筛选找到最小 的误差目标值，确定未知节点的估计位置。
[0017] 进一步地，所述步骤S31可以包括：划定无线传感网的横向区间范围为[0， Borderlength]，纵向区间范围为[0，Borderlength]。其中，Borderlength为节点所在正方 形区域的边长。
[0018] 进一步地，所述步骤S32可以包括：将无线传感器网络的横向区间和纵向区间分 别划分为M等份，使整个边长为Borderlength的正方形区域等分为MXM个小正方形网格。
[0019] 进一步地，所述步骤S33可以包括：假设有m个未知节点，n个信标点，将各正方形 网格的中心点坐标值作为该正方形网格的坐标，未知节点j依次计算信标点i到第k个正 方形网格的距离值5,;.,..。其中，i=l，2, ? ? ? ? ^MXM。
[0020] 进一步地，所述步骤S34可以包括：未知节点j(j= 1，2，? ? ?，m)将它到各信标 点的估算距离du和第k个正方形网格到各信标点的距离^ ,作差求和，得到未知节点j到 第k个正方形网格的误差目标值。
[0021] 进一步地，所述步骤S35可以包括：未知节点j通过比较它到各正方形网格的误差 目标值，找到其中最小的误差目标值及其对应的横纵坐标值，并将该横纵坐标值作为该未 知节点的估计位置。
[0022] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0023] 采用的一种以到信标点估算距离为搜寻准则的DV-Hop定位方法，从网格搜索的 思想出发，将无线传感网区域划分为一系列的网格，利用网格搜索逐一比较择优，找到该 区域内最佳的网格中心点作为待求的未知节点，改善未知节点到信标点的估算距离对传统 DV-Hop定位方法第三阶段造成的计算误差，